TWI520841B - Paste metal laminates - Google Patents

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Shingo Ando
Shohei Arai
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Nippon Steel & Sumikin Chem Co
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Description

貼金屬層合板
本發明係關於一種貼金屬層合板，詳細而言，係關於一種具有液晶聚合物層，且高頻電氣特性優異之貼金屬層合板。
目前，電子機器大多因小型化、輕量化而使機器內部的空間受限，因此多使用有可將配線或基板彎曲之可撓性電路基板(以下簡稱FPC)。再者，最近，隨著機器的高性能化，而使對傳送訊號之高頻化的對應成為必須。
以往，在MHz程度的動作速度所使用的電子電路中，FPC係只要將應連接的配線，正確地在基板上配線，動作便不會產生問題。但是，若電子電路的動作速度變快，則僅在上述要求的條件下便會變得不充分，因此FPC也必須對應高頻化。
若於訊號的傳送路徑存在會改變阻抗的點，則在該點會產生電磁波的反射，而產生電氣訊號遺失或訊號波形紊亂等的缺陷。因此，為了高頻訊號的傳送或是長距離傳送，必須使FPC之特性阻抗與機器本體電路之阻抗匹配。
特性阻抗，係以介電體的介電率、介電體厚度、電路厚度、電路線寬的函數所表示，於阻抗匹配中，必須特別將影響較大的介電體厚度增厚，並且使厚度公差減少。一般而言，係使用將介電體厚度公差小的聚醯亞胺製膜成厚度38～50μm的貼銅層合板來進行阻抗匹配。然而，聚醯亞胺，係吸濕率、介電損失較大，作為在今後進展之GHz帶的高頻基板之材料使用上，並不具有充分的電氣特性。
於傳送頻數之高頻化為必須時，就對應於高頻之代表性的基板而言，適合使用以液晶聚合物作為基材層的電路基板。液晶聚合物，係以低介電率、低介電損失為特徵之樹脂，與使用其他樹脂作為絕緣層的情況相比較，使用相同樹脂作為絕緣層之電路基板，係具有使高頻領域之傳送損失減少的效果。
再者，於高頻領域之特性阻抗的控制中，就適用薄膜厚度公差少的液晶聚合物之貼金屬層合板而言，係可列舉專利文獻1所示的基板材料。該文獻中所記載之層合板，雖為了提高液晶聚合物薄膜與金屬箔之間的層間接著強度(黏著強度)，對於金屬箔與液晶聚合物接觸的面，以使表面粗糙度Rz增大為2.5～4.0μm的方式形成突起物並進行粗化處理，但仍有於高頻領域中訊號之傳送特性不充分的問題。
另一方面，在製造具有液晶聚合物層之貼金屬層合板時，一般而言，提案有下述方法：以生產性高的輥對輥方式來搬送形成液晶聚合物層的液晶聚合物薄膜與金屬箔之層合板，並邊加熱邊通過一對的加壓軋輥之間進行連續地熱壓接。於該方法中，雖因熱壓接而與金屬箔充分地密著，但為了維持層合板的尺寸特性，必須在層合時使液晶聚合物分子之流動性，在受到抑制的同時進行熱壓接，而使維持液晶聚合物層之厚度公差的熱壓接條件成為必要。
[先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本特開2005-219379號公報
本發明之目的，係提供一種為了對應傳送訊號之高頻化，將會導致特性阻抗公差的介電體厚度公差縮小，且於高頻領域中訊號之傳送損失小的貼金屬層合板。
本發明者們發現，為了達成上述目的，以液晶聚合物作為介電體層之貼金屬層合板中，於液晶聚合物層使用厚度公差較小的薄膜，且，將金屬箔之表面凹凸形狀縮小，藉此，得到於高頻領域中特性抗阻匹配與低傳送損失並存的電路基板，而完成本發明。
亦即，本發明之要旨係如下所述。
(1)一種貼金屬層合板，其係於液晶聚合物層之單面或兩面具有金屬箔，其特徵為：金屬箔，係將與液晶聚合物層接觸的面粗化處理而於表層部具有突起物，以突起物的高度H相對於該突起物之根部的寬度L之比所表示的縱橫比(H/L)為3～20之範圍，並且突起物的高度為0.1～2μm之範圍，液晶聚合物層，係具有10～200μm之厚度，且膜厚公差未達6%。
(2)如(1)所記載之貼金屬層合板，其中實施粗化處理之金屬箔的面之表面粗糙度Rz為0.3μm以上未達2.5μm。
(3)如(1)或(2)所記載之貼金屬層合板，其係將形成液晶聚合物層之液晶聚合物薄膜與金屬箔，在一對的金屬加壓軋輥間進行加熱壓接所得。
(4)如(3)所記載之貼金屬層合板，其中液晶聚合物薄膜的熱變形溫度在260～350℃之範圍。
(5)如(1)～(4)中任一項所記載之貼金屬層合板，其中於常溫中金屬箔與液晶聚合物層之180°層間剝離強度為0.5～5kN/m。
依據本發明之貼金屬層合板，可於高頻領域中特性阻抗匹配與低傳送損失並存，液晶聚合物層與金屬箔之層間密著性優異，且可滿足高頻用電路所要求的品質。
[實施發明之最佳形態]
以下，將針對本發明之實施形態進行詳細地說明。
於形成液晶聚合物層之液晶聚合物，係以僅由全芳香族液晶聚合物，亦即，不含脂肪族長鏈之實質的芳香族所構成之液晶聚合物為佳，再者，其中以如下述式(1)所示，由6-烴基-2-萘甲酸與對烴苯甲酸所成之聚酯為更佳。另外，下述式中之m及n，係表示各構成單位之存在莫耳比的正數。
【化1】
液晶聚合物，係在耐熱性、加工性之觀點，以具有對光學向異性之溶融相的轉移溫度在200～400℃之範圍內，特別是250～350℃之範圍內者為佳。此外，對於形成液晶聚合物層之液晶聚合物，在不損及其特性的範圍內，亦可調配例如滑劑、抗氧化劑、充填劑等。
就將液晶聚合物薄膜化而形成液晶聚合物層的方法而言，係可列舉例如：T模法、疊層延伸法、充氣法等。於充氣法或疊層延伸法中，由於不僅對薄膜的機械軸方向(MD方向)，也對與其垂直的方向(TD方向)施加應力，因此可得在MD方向與TD方向中能取得機械性質之平衡的薄膜。
液晶聚合物層的厚度範圍為10～200μm，較佳為25～100μm。液晶聚合物層的厚度，若未達10μm，則由於容易破裂而使處理變得困難。此外，液晶聚合物層，係為了取得特性阻抗匹配，相對於厚度使膜厚公差在6%以內，較佳為使膜厚公差在5%以內。在此，相對於液晶聚合物層的厚度，膜厚公差為所測量的厚度數據之標準偏差乘以3倍所求得的值。上述液晶聚合物層係可使用市售之液晶聚合物薄膜，例如可使用JAPAN GORE TEX股份有限公司製BIAC(註冊商標)等。
本發明使用之金屬箔的材質並無特別限制，可例示例如金、銀、銅、不鏽鋼、鎳、鋁等。從導電性、處理的容易性、價格等的觀點而言，適合使用銅箔或不銹鋼箔。銅箔，亦可使用藉由壓延法或電解法所製造之任一者。
金屬箔的厚度，係可在以1～100μm為佳，更佳為5～70μm，特佳為8～20μm的範圍。將金屬箔的厚度減薄一事，雖於電路加工中容易形成精細圖型的觀點而言為佳，但若過薄，則除了於貼金屬層合板的製造步驟中容易在金屬箔產生皺摺之外，於經電路加工之配線基板中也容易產生配線的破斷，而有作為配線基板之信賴性降低之虞。另一方面，若過厚，則在將金屬箔蝕刻加工而形成電路時，容易在電路側面形成錐形，而對精細圖型的形成產生不利。
於本發明中，重要的是將金屬箔表面粗化處理後的粗化形狀(凹凸形狀)與其凹凸的高度。檢測表面凹凸的指標，常使用的Rz係以十點平均粗糙度所表示者，並以JIS B0601為依據而測量。但，Rz雖作為金屬箔自身大的起伏指標為有效，但接觸端子的直徑較粗化處理所使用的突起物更大，而無法表示藉由粗化處理所形成之突起物的尺寸(凹凸形狀)。因此，於本發明中，就用來評估粗化處理程度的指標而言，使用依據剖面觀察所得之突起物之根部的寬度L、與突起物的高度H，而規定金屬箔粗化面之突起物的形狀。於剖面觀察的手法中，係以使藉由粗化處理而形成在表層部的突起物之整體納入觀察視野中的方式，來設定倍率並進行計測。另外，就金屬箔之粗化處理使用的突起物而言，較佳為可列舉由Cu、Ni、Co、Cr、Zn、以及Mo所組成群中所選出之1種金屬，或者是，含有由該群中所選出之至少一種以上的元素之金屬合金。
於突起物之高度H的計測中，係藉由金屬箔之剖面觀察的手法，來測量從金屬箔母材與突起物之界面起到突起物之頂點的高度。本發明所使用之金屬箔，其突起物的高度H為0.1～2μm之範圍，較佳為0.1μm以上未達1μm之範圍。突起物的高度若超過2μm，則會發生於所得之貼金屬層合板的高頻領域中傳送損失變大的問題。突起物的高度未達0.1μm時，即使依據本發明也極難得到高密著強度，且會發生在金屬箔加工時產生電路剝離，或在焊料等之熱處理時膨脹或剝離等的問題。
突起物之縱橫比，係計測突起物之根部的寬度L，並以突起物的高度H相對於突起物之根部的寬度L之比(H/L)來計算。突起物之縱橫比為3～20之範圍，較佳為3～15之範圍。縱橫比若超過20，則突起物的形狀會變得過於銳利，而導致突起物在藉由輥對輥之搬送時脫離，且有發生層合板之刮痕等的外觀不良，或使配線間短路之虞。縱橫比未達3時，突起物變得容易從樹脂層脫離，即使依據本發明也極難得到高密著強度。另外，若將本發明使用的金屬箔之粗化處理的程度以Rz(十點平均粗糙度)來表示，則實施粗化處理的金屬箔的面之表面粗糙度Rz，係以0.3μm以上未達2.5μm為佳，以0.5μm以上未達2.0μm為更佳。金屬箔，係可從滿足上述要件之市售品中適當地選擇而使用，其可例示例如JX Nippon Mining & Metals股份有限公司製，商品名AMFN。
當由液晶聚合物薄膜形成液晶聚合物層時，從貼金屬層合板之生產性的觀點而言，液晶聚合物薄膜與金屬箔，係以皆使用捲筒狀者為佳。如以下說明，將該等以輥對輥連續地搬送，並藉由該過程來進行壓接，因此可藉由生產性良好的製程而得到貼金屬層合板。
適合的貼金屬層合板之製造方法，係使液晶聚合物薄膜與金屬箔重疊，並進行熱壓接來接著，而層合。從接合狀態之均一性的觀點而言，熱壓接，係可使用無橡膠覆蓋之一對的金屬加壓軋輥來作為加壓軋輥。雖亦可使用經橡膠覆蓋的金屬加壓軋輥，但此時，由於將覆蓋橡膠與金屬軋輥接著的接著劑之耐熱性等的問題，而難以在250℃以上實施加壓軋輥加壓。因此，使用經橡膠覆蓋之金屬加壓軋輥時，僅適用低熔點的液晶聚合物，結果，所得之貼金屬層合板的耐熱性降低，且不具有焊接耐熱性。
金屬加壓軋輥的表面，必須藉由某些手段來加溫。該手段並無特別限制，可例示藉由介電加熱方式或熱媒循環方式所造成的加溫。另外，亦可列舉將加壓軋輥設置在恆溫蓬蓋內或對軋輥表面吹熱風等的手法，且亦可併用前述手法。藉由上述手段，可將加壓軋輥的表面溫度相對於軋輥的寬度方向設在8℃以內，藉此可使金屬與液晶聚合物層的剝離強度優異，且成為變異較少的貼金屬層合板。此外，藉由使用上述無橡膠覆蓋的金屬加壓軋輥，可簡便地進行軋輥表面的加溫。金屬加壓軋輥的表面溫度，係可以較液晶聚合物薄膜之熱變形溫度更低5～100℃之範圍內者為佳，更佳為較液晶聚合物薄膜的熱變形溫度更低30～90℃的溫度。金屬加壓軋輥的表面溫度，若較液晶聚合物薄膜的熱變形溫度更低超過100℃的溫度，則有薄膜與金屬箔接著不充分的情形。此外，若使金屬加壓軋輥的表面溫度，較液晶聚合物薄膜的熱變形溫度更低未達5℃，則會使壓接時薄膜的流動變得明顯，而成為外觀不良的層合板。另外，所謂液晶聚合物薄膜的熱變形溫度，係指使用熱機械分析裝置，將供熱壓接的薄膜，以寬度2mm長度30mm，夾具間距離15mm，且在荷重5g，昇溫速度5℃/分鐘的條件下，對試驗片之長度方向的熱膨脹量作測量，並顯示其反曲點(Inflection point)。此外，壓接時的壓力，雖只要在可均勻地對寬度方向加壓的範圍內，便無特別限制，但以5～200kN/m為佳，以70～150kN/m為更佳。
於本發明之層合板中，關於上述液晶聚合物層與金屬箔的接著面，該接著面於常溫時，金屬箔與液晶聚合物層之180°層間剝離強度係以0.5～5kN/m以上為佳，更佳為0.8～2.0kN/m。
本發明之貼金屬層合板，係因金屬箔表面之突起物的縱橫比較大，並且，使用突起物之高度比較低的金屬箔，故可確保與液晶聚合物層有充分的接著力，且具有於精細節距加工性或高頻領域中訊號傳送損失小等之優點。本發明之貼金屬層合板，係特別適合作為高頻電路基板或高密度配線基板所使用的材料。另外，於本發明中，亦可使液晶聚合物層的兩面具有金屬箔。例如，藉由在1片液晶聚合物薄膜的兩面，分別重疊有1片金屬箔的狀態下進行熱壓接，可製造具有金屬箔/液晶聚合物薄膜/金屬箔之3層構造的層合板。
 [實施例]
接著，雖藉由實施例來具體說明本發明，但本發明並不因此等實施例而受到任何限定。另外，針對後述之本發明的實施例，只要沒有特別的理由，則加工條件、測量(評估)條件係如下所述。
[突起物的形狀與尺寸的測量]
以剖面研磨機，將形成有因粗化處理所成之突起物的金屬箔剖面加工，並進行剖面SEM觀察，且利用觀察影像來計測出突起物的高度H與突起物之根部的寬度L之尺寸。該突起物的高度H與根部的寬度L，係由觀察影像任意地選擇5點以上，並記錄其平均值。
[表面粗糙度之測量]
以JIS B 0601為標準，使用觸針式表面粗度測定器(TENCOR公司製、TENCOR P-10)，在測量寬度200μm的條件下測量出Rz。
[層間剝離強度]
以JISC 6471 8.1方法B(180°方向剝離)為標準，將寬度1mm之金屬箔剝離並測量。層間剝離強度，係對從貼金屬層板所任意採取的3個以上之試驗片進行測量，並記錄其平均值。
[薄膜厚度公差之測量]
使用度盤式指示器(dial gauge)，來測量以市售之蝕刻液將金屬箔從貼金屬層合板去除後之液晶聚合物薄膜的厚度。測量點的數量，係由任意的點中測量30點以上，將標準偏差乘以3倍後的值(3σ)相對於測量數據之平均值(Ave.)之比(3σ/Ave.)，以100分率所表示者為公差。
[傳送損失之測量]
於液晶聚合物薄膜的兩面設有金屬箔之兩面貼金屬層合板中，在兩方的金屬箔實施電路加工，而製作出由一方為接地，另一方為訊號線的導體2層所構成之傳送線路(微帶傳輸線)。調整電路之導體寬度與導體厚度，以使該傳送線路的特性阻抗成為50Ω。傳送線路的設計，係使用高頻電路設計用之軟體(Agilent Technologies公司製，Advanced Design System)來進行。於傳送線路的兩末端，係配置有由測量用訊號線‧接地2條所成之等間隔的襯墊。傳送損失，係藉由使用微波用Picoprobe(GGB公司製)與網路分析器(Agilent Technologies公司製，E8364B)，來測量S參數而計算出。
(實施例1～3)
對厚度50μm、膜厚公差5.0%之液晶聚合物薄膜(JAPAN GORE TEX股份有限公司製，商品名BIAC，熱變形溫度300℃)的兩面，分別重疊厚度12μm的電解銅箔1，並在無橡膠覆蓋的金屬加壓軋輥之間進行連續熱壓接，而製造出實施例1之貼金屬層合板。此外，使用厚度12μm的電解銅箔2及3，與上述相同地對液晶聚合物薄膜的兩面進行連續熱壓接，而製造出實施例2及實施例3之貼金屬層合板。
詳細而言，上述液晶聚合物薄膜與上述電解銅箔，係皆使用長尺的滾筒狀者，並使用層合時設置於恆溫蓬蓋內且表面溫度設定成240℃(在寬度方向的溫度差為8℃以內)的金屬加壓軋輥(直徑350mm)，以4m/分鐘、壓力120kN/m的條件下進行連續熱壓接。另外，金屬加壓軋輥，係適用可調整成下述者，即：藉由埋設在軋輥的內部之複數發熱線圈，而使加熱加壓時不易產生軋輥寬度方向之金屬加壓軋輥表面的外周差。
上述實施例所使用的電解銅箔，係皆將接觸到液晶聚合物薄膜的面粗化處理，如第1圖所示，形成在表層部的突起物之高度H，以及，突起物高度H相對於突起物之根部的寬度L之比(H/L，縱橫比)，係分別如表1所示。此外，經粗化處理的面之表面粗糙度Rz係如表1所示。針對所得之貼金屬層合板的評估結果，一併於表1中顯示。
(比較例1～4)
厚度12μm的電解銅箔，其因粗化處理所形成之突起物具有如表1所示之縱橫比(H/L)與高度H，且，除了使用具有表面粗糙度Rz之電解銅箔以外，係與實施例1相同地製造貼金屬層合板，並進行評估。
〔產業上之可利用性〕
本發明之貼金屬層合板，係以特性阻抗匹配性優異，傳送損失低為優點的電路基板材料，且特別適合作為高頻電路基板所使用之材料。此外，相對於以往仍存在課題之低介電材料，可提供密著強度(層間密著強度)高，且信賴性高的基板，並可利用在各種電子電路產業中。
[第1圖]第1圖係對本發明所使用之經粗化處理的金屬箔表層部之突起物做剖面觀察的概略圖。

Claims (5)

  1. 一種貼金屬層合板，其係於形成液晶聚合物層之液晶聚合物薄膜的單面或兩面具有金屬箔，其特徵為：金屬箔，係將與液晶聚合物層接觸的面粗化處理而於表層部具有突起物，以突起物的高度H相對於該突起物之根部的寬度L之比所表示的縱橫比(H/L)為3~20之範圍，並且突起物的高度為0.1~2μm之範圍，液晶聚合物層，係具有10~200μm之厚度，且膜厚公差未達6%。
  2. 如申請專利範圍第1項所記載之貼金屬層合板，其中實施粗化處理之金屬箔的面之表面粗糙度Rz為0.3μm以上未達2.5μm。
  3. 如申請專利範圍第1項或第2項所記載之貼金屬層合板，其係將形成液晶聚合物層之液晶聚合物薄膜與金屬箔，在一對的金屬加壓軋輥間進行加熱壓接所得。
  4. 如申請專利範圍第3項所記載之貼金屬層合板，其中液晶聚合物薄膜的熱變形溫度在260~350℃之範圍。
  5. 如申請專利範圍第1項或第2項所記載之貼金屬層合板，其中於常溫中金屬箔與液晶聚合物層之180°層間剝離強度為0.5~5kN/m。
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